CN201805584U - 分段变换投入的交流供电led光源驱动电路 - Google Patents

分段变换投入的交流供电led光源驱动电路 Download PDF

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李云霄
云永利
秦金磊
李征
韩颖慧
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李云霄
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Abstract

本实用新型涉及一种半导体照明应用技术。一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,外接一定数量组数的LED发光管组成光源电路(4),在外接光源电路(4)中每两组LED发光管之间串联有二极管,通过压控LED并联串联变换开关控制电路(2)将桥式整流电路(1)输出电压根据外接LED的数量和组数划分为不同的区域,并根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式,实现多组LED发光二极管之间并联与串联点亮方式的多次变换,通过压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)根据LED发光管的不同组合方式允许通过的不同电流,使其电子开关对应工作在导通和关断两种状态,并使LED发光管通过的电流与LED灯具温度成反比。

Description

分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路
[0001] 一、技术领域:本实用新型涉及一种半导体照明应用技术,特别是涉及一种可 以模块化的交流电源直接供电的LED光源驱动电路。
[0002] 二、背景技术:半导体照明灯具由于具有发光效率高、节电效果明显、寿命 长、无污染、抗震动等显著优点,已日益受到世界各国的重视,有望在不久的将来取代 传统的各种照明灯具。但是这种灯具通常都采用直流驱动电源供电,在灯具内必需安装 将交流电变为直流电的恒流驱动电源,尽管开关式恒流源效率较高,但用于驱动LED灯 具时电能利用效率降低10%左右;此外由于开关电源中常用的电解电容器的使用寿命一 般都低于10000小时,虽然LED光源的寿命可达5〜7万小时,但是电源电路损坏后, 灯具即不能使用,需要购置新的灯具,形成目前的节能灯具节能不省钱的尴尬局面,不 经济,严重影响其推广使用。
[0003] 为了解决这一问题,申请号为200710172585.0 (公开号为CN 101137261A)、发
明名称为《用于驱动LED的装置以及方法》发明专利申请公开了一种结构比较简单并 且功率效率高的交流电源驱动式LED点亮装置。将对交流电源进行整流后的信号的电 压(整流电压)与规定的基准电压进行比较,根据其比较结果控制流入LED阵列中的各 LED的驱动电流的导通和截止。根据该结构,当交流电源电压大时能使更多数目的LED 点亮,当交流电压小时使更少数目的LED点亮,由此可提高LED点亮装置的功率效率。 图13为前述专利申请分段点亮控制法驱动LED灯的电源效率和LED效率之间的关系图, 图中曲线显示了电源效率和LED效率之间的关系,由图可以看出,LED的数量越多,电 源的效率越高,但是LED的利用率越低,特别是当在电源电压为标准220V条件下,按 电源效率95%设计的LED数量,在电源电压为190V时,将有部分LED不亮,当电压为 270V时电源的效率会降低到80%,而电流源上消耗的功率将增加6〜7倍。
[0004] 图14为前述专利申请整流全桥输入电压在190V-270V变化时LED消耗功率与电 流源消耗的功率曲线图,图中曲线104表示LED消耗功率,105表示电流源消耗功率,一 方面是价格昂贵的LED灯,另一方面是宝贵的能源,要提高能源利用率,必须牺牲LED 灯,进一步分析,可以得出这样的结论:即该申请的技术方案是无法从根本上解决电能 利用率和LED发光二极管利用效率的问题的,另外采用传统的无源恒流电流源电路,它 的输入电压与通过电流虽然可以使电流基本保持在设定范围内,但当两端电压过高时, 流过的电流也会随电压升高而稍微升高,当电源电压由190V—270V范围变化时,通过 LED的平均电流会随电压升高而升高,恒流源上的功率消耗则随电压升高而成倍增加, 会造成电源效率下降。
三、实用新型内容:
[0005] 本实用新型针对现有技术不足,提出一种分段变换投入的交流供电LED光源驱 动电路,通过电压调节电路合理控制LED发光二极管的并联与串联,使得通过发光二极 管的电流控制在合理的范围内,彻底解决了电源利用率和LED发光二极管发光效率二者 之间不可调和的矛盾,并且可以据此组装生产出成本低、高效率、使用寿命长、便于大规模推广应用的交流电源直接供电的LED照明灯。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案:
[0007] —种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,含有桥式整流电路(1),压 控LED并联串联变换开关控制电路(2),压控负温度系数可变的电流开关控制电路⑶, 驱动电路外接的一定数量组数的LED发光管组成的光源电路(4),压控负温度系数可变 的电流开关控制电路⑶串联连接于桥式整流电路⑴的输出端,在外接光源电路⑷中 每两组LED发光管之间串联有二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)输 入端连接桥式整流电路的输出端,压控LED并联串联变换开关控制电路(2)的输出端控 制连接光源电路(4)中的各组LED发光管,所述的压控LED并联串联变换开关控制电路 ⑵根据桥式整流电路⑴输出的电压在半个周期内将输入的电源电压根据外接LED的数 量和组数划分为不同的区域,根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式,实 现多组LED发光二极管之间并联与串联点亮方式的多次变换。
[0008] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,通过压控负温度系数可变 的电流开关控制电路(3),根据LED发光管的不同组合方式允许通过的不同电流,使其 电子开关对应工作在导通和关断两种状态,并使LED发光管通过的电流与LED灯具温度 成反比;在所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中,采用PNP型电子开关控制 流入LED发光二极管的电流,采用NPN型电子开关控制流出LED发光二极管的电流; 在外接光源电路(4)中每两组LED发光管之间串联的二极管内接于驱动电路内部,或者 和LED发光管组串联外接于驱动电路外部。
[0009] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,外接光源电路(4)包括 A、B、C三组LED发光二极管,相邻两组LED发光二极管之间各串联一个二极管,所 述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有2个NPN型电子开关和2个PNP型 电子开关,其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极连接在A组LED发光二极管和第一 个二极管(D2)的连接节点处,第二个NPN型电子开关(N2)的漏极连接在B组LED发 光二极管和第二个二极管(D3)的连接节点处,两个NPN型电子开关的源极连接电流开关 控制电路中电流调节器(N4)的输入端和整个光源电路负极的连接点处,两个NPN型电子 开关分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第二个比较器(B2)、第三 个比较器(B3)的输出端,压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个PNP型电 子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光二极管两等分的中间点的二极管的负极,其漏 极与第一组LED发光二极管的输入端连接,栅极连接第一个NPN型电子开关(Ni)的漏 极,第二个PNP型电子开关(P2)的源极连接在C组LED发光二极管正极与第二个二极 管(D3)负极的连接点,第二个PNP型电子开关(P2)的漏极连接LED发光二极管组的电 源正极输入端,第二个PNP型电子开关(P2)的栅极连接一个NPN型控制三集管(Ql)的 集电极,所述控制三集管(Ql)的发射极接地,其控制基极连接第一个电压比较器(Bi) 的输出端。
[0010] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,外接光源电路(4)包括 A、B、C三组LED发光二极管,相邻两组LED发光二极管之间各串联一个二极管,所 述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有2个NPN型电子开关和IfPNPS 电子开关,其中第一个NPN型电子开关的漏极连接在A组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处,第二个NPN型电子开关的漏极连接在B组LED发光二极管和第二个二 极管的连接节点处,两个NPN型电子开关的源极与压控负温度系数可变的电流开关控制 电路⑶中电流调节器(N4)的漏极相连,两个NPN型电子开关的栅极分别受控连接压控 LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个比较器(Bi)和第二个比较器(B2)的输出 端,所述PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极 管的负极,其漏极连接LED发光二极管组的电源输入端,其栅极通过电阻耦合连接第一 个NPN型电子开关(Ni)的漏极。
[0011] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,外接光源电路(4)包括 A、B、C、D四组LED发光二极管,相邻两组LED发光二极管之间各串联一个二极管, 所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有3个NPN型电子开关和3个PNP 型电子开关,其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极通过二极管连接在A组LED发光 二极管和第一个二极管(D2)的连接节点处,此节点通过一反相二极管(D7)与C组LED 发光管的负极端相连,第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在B组LED 发光二极管和第二个二极管(D3)的连接节点处,第三个NPN型电子开关(N3)的漏极连 接在C组LED发光二极管和第三个二极管(D3)的连接节点处,三个NPN型电子开关的 源极与LED发光管组负极端和压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节 器(N4)的漏极相连,三个NPN型电子开关的栅极分别受控连接压控LED并联串联变换 开关控制电路⑵中各比较器(Bi、B2、B3),压控LED并联串联变换开关控制电路(2) 中第一个PNP型电子开关(Pl)的漏极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管 (D2)的负极,第二个PNP型电子开关(P2)的漏极直接或通过二极管连接在将所有LED 发光管四等分的另外两个二极管(Dp D3)的负极,第一个、第二个PNP型电子开关的源 极与A组LED发光管的正极输入端连接后与全桥的正输出端相连,第三个PNP型电子开 关(P3)的漏极连接在D组LED发光管与第三个二极管(D3)负极的连接点,其源极连接 C组LED发光管与第二个二极管(D2)负极的连接点,三个PNP型电子开关的栅极分别通 过耦合电阻连接第二个NPN型电子开关、第一个NPN型电子开关、第三个NPN型电子 开关的漏极。
[0012] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,外接光源电路(4)包括 A、B、C、D四组LED发光二极管,所述LED分段点亮控制开关电路(2)对应设有3个 NPN型电子开关和2个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开(Ni)的漏极通过二 极管连接在A组LED发光二极管和第一个二极管(D1)的连接节点处,此节点通过一反相 二极管与C组LED发光管的负极端相连,第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极 管连接在B组LED发光二极管和第二个二极管(D2)的连接节点处,第三个NPN型电子开 关(N3)的漏极连接在C组LED发光二极管和第三个二极管的连接节点处,三个NPN型 电子开关的源极与LED发光管组的负极和压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3) 中电流调节器(N4)的漏极相连,其栅极分别连接三个比较器的输出端,第一个PNP型电 子开关(Pl)的漏极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的第二个二极管的负极,第 二个PNP型电子开关的漏极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两 个二极管(D1、D3)的负极,二个PNP型电子开关的源极与A组LED发光管的正极输入 端连接后与全桥的正输出端相连,二个PNP型电子开关分别受控连接第一个和第二个比较器,两个PNP型电子开关的栅极分别通过耦合电阻连接第二个NPN型电子开关、第一 个NPN型电子开关的漏极。
[0013] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,电压比较器可以采用集成 电路运算放大器,各个比较器的正、反相输入端通过匹配分压电路分别连接一个基准电 压和取样电压输入信号;所述电压比较器或者采用分立元件组成。
[0014] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,所述压控负温度系数可变 的电流开关控制电路(3),包括负温度系数的热敏电阻RT、电压比较器(B4)及由其控制 的电流调节器即一个NPN型电子开关(N4)、负温度系数的热敏电阻RT —端与控制电源 的负极相连,另一端通过一个电阻(R6)连接控制电源的正极,热敏电阻RT和电阻(R6) 的接点通过一个反相二极管(D4)接入电压比较器(B4)正相输入端,电压比较器(B4)正 相输入端一路通过电阻(R12)与控制电源的正极相连,二路通过一电阻(R11)与控制电源 的负极相连,三路通过一电阻(Rltl)与第二比较器输出端相连,所述电压比较器(B4)的 反相输入端一路通过一电阻(R13)与电流检测电阻(R14)及电流调节器(N4)的漏极连接点 相连,另一路通过一限流电阻(R15)和一稳压二极管(DW2)与LED发光二极管组负极输 出端和电流调节器的连接节点相连,所述电压比较器(B4)的输出端控制连接电流调节器 的栅极。
[0015] 所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,由N组串联的LED发光二 极管与N-I个二极管间隔串联组成光源电路(4),每相邻的两组LED发光二极管之间串 联一个二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有小于N个的NPN 电子开关和3个、2个或1个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏 极通过二极管连接在第一组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处,第二个NPN 型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在第二组LED发光二极管和第二个二极管的连接 节点处…,以此类推,第N-I个NPN型电子开关(Nn-I)的漏极连接在第N组LED发光 二极管和第N-I个二极管的连接节点处,所有NPN型电子开关的源极与压控负温度系数 可变的电流开关控制电路(3)中电流调节器的源极相连,所有NPN型电子开关的栅极分
别连接第一个、第二个.....第N-I个比较器(Bi、B2..... Bn-D的输出端,第一个
PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管的负极, 第二个PNP型电子开关(P2)的源极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的 另外两个分节点的二极管的负极,第一个、第二个PNP型电子开关的源极与第一组LED 发光管的输入端连接后与全桥的正输出端相连,第三个PNP型电子开关(P3)的漏极连接 在将所有LED发光管四等分的第四个接点处的LED发光二极管组的正极输入处,其源极 连接在将所有LED发光管四等分的第三个接点处的LED发光二极管的正极输入处,三个 PNP型电子开关的栅极分别受控连接各比较器,所有各比较器的正、反相输入端分别连 接一个基准电压和取样电压输入信号;其中,N为大于1自然数。
[0016] 一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,含有桥式整流电路(1),电 流调节电路(3)以及LED分段点亮控制开关电路(2),所述桥式整流电路输入端连接交流 电源,电流调节电路(3)中电流调节器的电流输出端连接桥式整流电路的负极输出端, 电流调节器的输入端与桥式整流电路的正极输出端之间设有连接N组LED发光二极管的 连接节点,电流调节器和被分成N组的LED发光二极管组成的光源电路(4)串联在整流
8电路的正、负极输出端构成主回路,所述LED分段点亮控制开关电路(2)对应设有N-I 个电子开关,其中第一个电子开关的漏极连接在第一组LED发光二极管和第二组LED发 光二极管的连接节点处,第二个电子开关的漏极连接在第二组LED发光二极管和第三组 LED发光二极管的连接节点处,……,第N-I个电子开关的漏极连接在第N-I组LED 发光二极管和第N组LED发光二极管的连接节点处,所有电子开关的源极连接整流电源 的负极,各个电子开关的栅极分别连接一个比较器的输出端,各个比较器的正、反相输 入端分别连接一个基准电压和取样电压输入信号;电流调节器的输出端与桥式整流电路 的负极输出端之间连接的LED发光二极管的组数N为2〜9的自然数,LED发光二极管 的总数为M个,M为40〜110的自然数。
[0017] 本实用新型的有益积极效果:
[0018] 1、本实用新型分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,采用合理的串并联 电路使得电压低时,LED发光管并联,电压高时LED串联并分段投入的方式,使得所有 LED发光管的工作时间基本相同,寿命一致,提高了电源利用率。采用负温度系数电流 调节电路串联在LED灯主回路中,通过合理控制LED发光二极管的数量和组数,使得通 过发光二极管的电流控制在合理的范围内,保证了 LED发光二极管稳定工作状态,延长 了照明灯的使用寿命,解决了 LED发光二极管发光效率、电源利用率二者之间不可调和 的矛盾。
[0019] 2、本实用新型分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,电源模块只有整流 电路而不用电容,特别是不使用寿命较短的大容量的电解电容,使用中对电网的冲击干 扰小,尤其是,电流调节电路保证了通过LED光源照明灯的电流不会随电压升高和降低 而变动,因此大大是提高了 LED照明灯及电源模块的使用寿命,使得驱动电路模块的使 用寿命可与LED发光二极管的使用寿命相当。
[0020] 3、本实用新型分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路中,压控负温度系数 可变的电流开关控制电路采用电子开关作为限流器,当光源电路中流过电流小于规定值 时为通路,当光源电路中流过电流达到规定值时立即关闭。关闭后当电压不太大时成间 断导通,当电压高到一定值时彻底关闭。工作过程中产生的热量很小,电源转换效率可 高达99%以上。同时在LED光源驱动电路的散热器上安装的负温度系数热敏电阻RT, 可以使得当温度达到一定值时,能够减少LED发光管通过的电流,使温度控制在合理范 围之内,使LED得光衰减慢。
四、附图说明:
[0021] 图1 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之一(以3组LED发光二 极管与2个NPN型电子开关和两个PNP型电子开关为例)
[0022] 图2 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之二(以3组LED发光二 极管与2个NPN型电子开关和一个PNP型电子开关为例)
[0023] 图3 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之三(以4组LED发光二 极管与3个NPN型电子开关和3个PNP型电子开关为例)
[0024] 图4 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之四(以4组LED发光二 极管与3个NPN型电子开关和2个PNP型电子开关为例)[0025] 图5 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之五(以N组LED发光二 极管与小于N个的NPN型电子开关和1-4个PNP型电子开关为例)
[0026] 图6 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之六(含有3组LED发光 二极管与2个NPN型电子开关和0个PNP型电子开关)
[0027] 图7 :本实用新型交流供电LED光源驱动电路原理图之七(含有N组LED发光 二极管与小于N个的NPN型电子开关和0个PNP型电子开关)
[0028] 图8 :实施例一的交流供电LED光源驱动电路集成或模块化的电路图
[0029] 图9 :实施例二的交流供电LED光源驱动电路集成或模块化的电路图
[0030] 图10 :实施例三的交流供电LED光源驱动电路集成或模块化的电路图
[0031] 图11 :压控负温度系数可变的电流开关控制电路控制3组LED发光二极管在不 同电压情况下的电流曲线图
[0032] 图12 :图1所示交流供电LED光源驱动电路采用分离元件电阻、稳压管和三集 管组成的无源电压比较器替代有源比较器的电路图(串联在光源电路中的二极管内置)
[0033] 图13 :现有技术LED光源电路采用传统恒流源输入电压在190V-270V变化时 LED消耗功率与电流源消耗的功率曲线图
[0034] 图14 :现有技术LED光源电路采用传统恒流源LED发光二极管的数量与电源的 效率关系图
[0035] 图 15-1、 效电路
[0036] 图 16-1、
[0037] 图 17-1、 效电路
[0038] 图 17-5
[0039] 图 18-1、 效电路
[0040] 图19 :分离元件组成的无源电压比较器原理图 五、具体实施方式:
[0041] 实施例一:参见图1,本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路,含 有桥式整流电路1,压控LED并联串联变换开关控制电路2,压控负温度系数可变的电流 开关控制电路3,桥式整流电路输入端连接交流电源,桥式整流电路正输出端到负输出端 间分别连接有A、B、C三组串联的LED发光二极管与2个二极管间隔串联组成光源电 路4,A组LED发光二极管的数量是B、C两组LED发光二极管数量的和,B、C两组 LED发光二极管数量相同。光源电路4与电流开关控制电路3串联后和压控LED并联串 联变换开关控制电路2并联。本实施例中压控LED并联串联变换开关控制电路2对应设 有2个NPN型电子开关和2个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开关Nl的源极 连接在A组LED发光二极管和二极管D2的连接节点,第二个NPN型电子开关N2的源 极连接在B组LED发光二极管和二极管D3的连接节点处,两个NPN型电子开关的漏极 连接电流开关控制电路3中电流调节器的输入端与整个光源电路负极的连接点处,其栅
15-2、15-3、15-4:分别为实施例一在电压不同时具体分段工作的等
16-2、16-3:分别为实施例二在电压不同时具体分段工作的等效电路
17-2、17-3、17-4:分别为实施例二在电压不同时具体分段工作的等
:实施例一、实施例三中工作电压分段示意图
18-2、18-3、18-4:分别为实施例四在电压不同时具体分段工作的等
10极分别连接一个比较器的输出端,第一个PNP型电子开关Pl的源极连接在将所有LED发 光管两等分的二极管D2的负极,第二个PNP型电子开关P2的源极连接在C组LED发光 二极管与第二个二极管D3的连接点处,第二个PNP型电子开关P2的漏极连接LED发光 二极管组的电源正极输入端,第二个PNP型电子开关P2的栅极连接一个NPN型控制三 集管Ql的集电极,所述控制三集管Ql的发射极接地,其控制基极连接第一个电压比较 器Bl的输出端。三集管Ql和电子开关N2的输出端分别控制连接两个PNP型电子开关 的栅极,比较器B2的输出通过二极管D6与比较器B3的反相输入端连接。 [0042] 220V交流电通过桥式整流电路整流为峰值电压为311V、IOOHz的脉冲直流电, 其起点电压为零,此时比较器Bi、B2为高电平输出B3为低电平输出,Bi、B2高电平通 过Rltl使得限流比较器B4控制的电流调节开关N4允许流过的电流加大,电子开关Ni、 QU PU P2打开,N2关断,A、B、C组LED发光二极管在二极管D2、D3及电子开关 Ni、PU P2的作用下成两并联连接,具体通路为:第一路从E流出的电流经A组LED 发光二极管、二极管D8、电子开关Nl到F点;第二路从E流出的电流经电子开关P2、 C组LED发光二极管到F点,由于A组数量是C组的两倍,两者并联等于A组不通,其 等效电路如图15-1所示,当电压由0开始上升到C组LED发光二极管导通的电压时,C 组LED发光二极管发亮,电压继续升高,流过C组的LED的电流由小到大,对于20个 串联的LED发光二极管,点亮电压为55V,到标准电流时需电压64V,到2倍标准电流 时需电压80V,当电压到100V左右时比较器Bl输出低电平,B2还是输出高电平,电子 开关Ni、Pl打开,Ql、P2关断,A、B、C组LED发光二极管在二极管D2及电子开关 PU Nl的作用下成两并联连接,具体通路为:第一路从E流出的电流经A组LED发光 二极管、二极管D8、电子开关m到F点;第二路从E流出的电流经电子开关P1、B、C 两组LED发光二极管到F点。其等效电路15-2所示,由于电压没变而LED发光二极管 数量由20个到40个突然增加,电流将由高突降到低,随着电压继续升高,电流将继续升 高,当瞬间电压升高到135V三组LED到正常电流,170V时大到限流器规定的最大值, 电压继续升高限流工作,当电压继续升高到180V左右时比较器B2输出低电平,B3输出 高电平电子开关N2导通,A、B、C三组LED发光二极管形成如图15-3所示等效电路, 由于电压没变而LED发光二极管数量突然增加,电流将由高突降到低,随着电压继续升 高,电流将继续升高,当电压继续升高到250V左右时比较器B3输出低电平,B3输出低 电平电子开关N2关闭,A、B、C三组LED发光二极管形成如图15-4所示等效电路, 由于电压没变而LED发光二极管数量突然增加,电流将由高突降到低,随着电压继续升 高,电流将继续升高,直到达到峰值。图11示出了不同电压情况下通过LED发光二极 管的电流图。输入电压为IlOV时,由于比较器B3永远为低电平,限流比较器B4的正 输出端电压较大而不变,通过电流调节器N4的电流大,当电流调节器N4流过的电流小 于设定值时,捡流电阻R14两端电压小于限流比较器B4正输入端电压,B4输出高电平, 电流调节器N4导通,当瞬间电压升高到300V左右,电流调节器N4流过的电流在R14上 的电压达到限流比较器B4正输出端电压时,由于限流比较器B4、电流调节器N4的作用 不让电流继续增加,当电流调节器N4上的电压上升到超过稳压管DW2的导通电压时, 电流调节器N4关闭,电流调节器N4的关闭使得流过LED发光二极管的电流为零,加在 电流调节器N4上的电压继续升高,同时由于流过LED发光二极管的电流为零,电阻R14与电流调节器N4的节点电压为零,加在电流调节器N4上的电压通过稳压管DW2、电阻 R15分压在R13上,当电流调节器N4上的电压较小时,电阻R13与R15节点上的电压小于 比较器B4正输入端的电压,电流调节器N4再次导通,N4导通后,节点电压又高于B4 正输出端电压,N4再次关闭,这样电流调节器N4就连续导通、关闭,当电流调节器N4 上的电压较大时,电阻R13与R15节点上的电压大于比较器B4正输入端的电压,电流调节 器N4彻底关断。当电压到达峰值回落到330V以上附近时,N4再次连续导通关闭,当 电压小于300V时,N4导通,电压继续回落又形成如图15-4所示等效电路,再回落形成 如图15-3所示等效电路,再回落形成如图15-2所示等效电路。当电压继续回落到IlOV 以下时,比较器Bl输出又为高电平,形成图15-1所示等效电路,电压在半个周期内比较 器Bi、B2、B3分别控制Q1、Ni、N2、PU P2、N3的导通和关断,使得三组LED灯 形成由C组亮到A组与B、C两组并联,再到A组与B组两串,再到A组、B组与C组 三串,再到A组与B组两串,再到A组与B、C两组并联,再到C组亮的周期变化,在 电源半个周期内A、B两组灯在电压大于100V范围点亮,点亮占空比为0.78,C组灯从 50V到210V亮再到大于250的范围内亮,点亮占空比为0.777从而保证了三组LED发光 二极管的亮度和寿命基本一致。由于Ni、N2、N4工作在开关状态未在放大区,因此整 个电源消耗的功率很小,电源效率可达到99%以上。
[0043] 图11就是不同电压情况下通过电流调节器N4的电流曲线图,当输入电源电压为 120V时,比较器Bl始终为高电平,LED为两并联,R11上的电压始终较大,通过电子开 关N4(电流调节器)的电流就较大,当电源电压在220V左右时,比较器Bi、B2由高到 低通过电子开关N4的电流随电压和电路串并联变化,当电源电压在280V左右时比较器 Bi、B2输出电压由高到低,通过电子开关N4的电流随电压和电路串并联变化,在电压 峰值附近彻底关闭,形成无电流区,改变电阻R15、R13的比值可改变无电流区大小。使 全时段通过LED发光二极管的电流控制在规定范围内,随着LED发光二极管的工作,安 装在LED光源上的散热器温度升高,安装在散热器上的热敏电阻RT电阻下降,电阻RT 上的电压降低,当温度达到50度时,二极管D4导通,使限流比较器B4正输入端电压减 小,通过LED发光二极管的电流减少,使LED散热器的温度控制在合理范围之内。
[0044] 由于串联在LED光源电路中的二极管是实现本实用新型的关键,是将两组LED 发光二极管由串联变为并联的关键元件,因此为了叙述方便,前述描述中将二极管放在 光源电路4中,但在本实用新型驱动电路模块化和集成电路芯片生产中,可以不包括发 光二极管,此时可以将二极管放在串并变换电路2与桥式整流电路1中,与压控负温度系 数可变的电流开关控制电路3合并生产出LED光源灯驱动(电源)模块。
[0045] 本实施例的分段变换投入交流供电LED光源驱动电路,在具体实施时,图1中 的集成电路电压比较器可以采用如图19所示由分离元件构成。此时图1所示实施方式 的原理图可以表示为图12。由分离元件电阻艮、R2、稳压二极管DWp三极管Ql构成 的比较器,当输出电源电压小于DW1的导通电压时,输出高电平,当输出电源电压大于 DW1W导通电压时,输出低电平。
[0046] 图8是本实施例集成电路化或模块化的电路图,在集成电路和模块化时,将光 源电路4中的二极管集成到芯片和模块中,以此组装的LED灯具具有外接线路少,功率 调整简单的优点。[0047] 实施例二:参见图2,图中标号同实施例一相同的代表意义相同,不重述。本 实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路,与实施例一不同的是,压控LED并联 串联变换开关控制电路2含有2个NPN型电子开关和一个PNP型电子开关。其工作原理 与实施例一基本相同,其工作过程的等效电路分别如图16-1、图16-2和图16-3)所示, LED发光二极管中A、B两组流过电流相同,C组流过电流小于A、B两组但差别很小。
[0048] 图9是本实施例2集成电路化或模块化的电路图。
[0049] 实施例三:参见图3,本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路,与 实施例一不同的是,光源电路含有A、B、C、D四组LED发光二极管,每组LED发光 二极管数量相同。压控LED并联串联变换开关控制电路2含有3个NPN型电子开关和3 个PNP型电子开关。即将实施例一中A组LED发光二极管划等分为两组,分别增加一 个NPN型和一个PNP型电子开关,其工作原理基本与实施例一相同,其不同电压下电路 工作等效电路分别如图17-1、图17-2、图17-3和图17-4所示。图17_1中,电源电压 在0-1阶段范围内,限流器流过电流最大;图17-2中,电源电压在1-2阶段范围内,限 流器流过电流较大;图17-3中,电源电压在2-3阶段范围内,限流器流过电流较小;图 17-4中,电源电压在3-4阶段范围内,限流器流过电流最小。同时由于电阻R12上多并 联一个由比较器B2控制的电阻R28,因此在比较器Bi、B2同时为高电平时限流器通过的 电流比实施例一中通过的最大电流要大。
[0050] 图10是本实施例集成电路化或模块化的电路图。
[0051] 实施例四:参见图4,本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路,与 实施例三的不同之处是:压控LED并联串联变换开关控制电路2含有3个NPN型电子开 关和2个PNP型电子开关。本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,工作 原理与实施例三基本相同,不同点是等效电路中LED发光二极管中A、B、C三组流过电 流相同,D组流过电流小于A、B、C三组,但差别很小。图18-1、18-2、18-3, 18-4 分别为本实施例中LED发光二极管在电压不同时具体分段工作的等效电路。
[0052] 实施例五:参见图5,本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路,与 实施例四的不同之处是:在实施例四基础上将LED发光二极管划分更细,形成更多的发 光二极管组数,通过压控LED并联串联变换开关控制电路2,可将LED发光二极管实现 8并到4并到2并再到分多段投入,由于电路原理相同,在此就不一一叙述。
[0053] 实施例六:参见图6,本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路, 与实施例一或实施例二的不同之处在于:压控LED并联串联变换开关控制电路2不含 PNP型电子开关,由于无P型电子开关电路不能使LED并联但可将LED分段3段投入。
[0054] 实施例七:参见图7,本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路, LED发光二极管分为N组且控制电路无PNP型电子开关,由于无P型电子开关电路不能 使LED并联但可将LED分N段投入。
[0055] 电流调节器和被分成N组的LED发光二极管组成的光源电路4串联在整流电路 的正、负极输出端构成主回路,所述LED分段点亮控制开关电路2对应设有N-I个电子 开关,其中第一个电子开关的漏极连接在第一组LED发光二极管和第二组LED发光二极 管的连接节点处,第二个电子开关的漏极连接在第二组LED发光二极管和第三组LED发 光二极管的连接节点处,……,第N-I个电子开关的漏极连接在第N-I组LED发光二极管和第N组LED发光二极管的连接节点处,所有电子开关的源极连接整流电源的负极, 各个电子开关的栅极分别连接一个比较器的输出端,各个比较器的正、反相输入端分别 连接一个基准电压和取样电压输入信号;电流调节器的输出端与桥式整流电路的负极输 出端之间连接的LED发光二极管的组数N为2〜9的自然数,LED发光二极管的总数为 M个,M为40〜110的自然数。
[0056] 实施例八:本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,由N组串联 的LED发光二极管与N-I个二极管间隔串联组成光源电路4,每相邻的两组LED发光 二极管之间串联一个二极管,压控LED并联串联变换开关控制电路2对应设有小于N个 的NPN电子开关和3个、2个或1个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开关Nl 的漏极通过二极管连接在第一组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处,第二个 NPN型电子开关N2的漏极通过二极管连接在第二组LED发光二极管和第二个二极管的 连接节点处,…,以此类推,第N-I个NPN型电子开关Nn-I的漏极连接在第N组LED 发光二极管和第N-I个二极管的连接节点处,所有NPN型电子开关的源极与压控负温度 系数可变的电流开关控制电路3中电流调节器的源极相连,所有NPN型电子开关的栅极
分别连接第一个、第二个.....第N-I个比较器Bi、B2..... Bn-I的输出端,第一个
PNP型电子开关Pl的源极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管的负极,第 二个PNP型电子开关P2的源极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另 外两个分节点的二极管的负极,第一个、第二个PNP型电子开关的源极与第一组LED发 光管的输入端连接后与全桥的正输出端相连,第三个PNP型电子开关P3的漏极连接在将 所有LED发光管四等分的第四个接点处的LED发光二极管组的正极输入处,其源极连接 在将所有LED发光管四等分的第三个接点处的LED发光二极管的正极输入处,三个PNP 型电子开关的栅极分别受控连接各比较器,所有各比较器的正、反相输入端分别连接一 个基准电压和取样电压输入信号;其中,N为大于1自然数。
[0057] 实施例九:本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,含有桥式整 流电路,压控LED并联串联变换开关控制电路,压控负温度系数可变的电流开关控制电 路,驱动电路外接的一定数量组数的LED发光管组成的光源电路和压控负温度系数可变 的电流开关控制电路串联连接于桥式整流电路的输出端,在外接光源电路中每两组可并 联的LED发光管之间串联有二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路输入端连 接桥式整流电路的输出端,压控LED并联串联变换开关控制电路的输出端控制连接光源 电路中的各组LED发光管,所述的压控LED并联串联变换开关控制电路根据桥式整流电 路输出的电压在半个周期内将输入的电源电压根据外接LED的数量和组数划分为不同的 区域,根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式,实现多组LED发光二极管 之间并联与串联点亮方式的多次变换。
[0058] 通过压控负温度系数可变的电流开关控制电路,根据LED发光管的不同组合方 式允许通过的不同电流,使其电子开关对应工作在导通和关断两种状态,并使LED发光 管通过的电流与LED灯具温度成反比;在所述压控LED并联串联变换开关控制电路中, 采用PNP型电子开关控制流入LED发光二极管的电流,采用NPN型电子开关控制流出 LED发光二极管的电流;在外接光源电路中每两组可并联的LED发光管之间串联的二极 管内接于驱动电路内部,或者和LED发光管组串联外接于驱动电路外部。
14[0059] 上述各实施例中的电压比较器可以采用如图19所示的另一种分离元件组成,当 输入的电压小于稳压管DWl的导通电压时,比较器输出高电平,当输入的电压大于稳压 管DWl的导通电压时,比较器输出低电平。图12为第一实施例用分离元件组成的比较 器Bi、B2、B3的原理图,其工作原理与第一实施例完全相同不再说明。图中的B4也 可用分离元件组成。

Claims (8)

1. 一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,含有桥式整流电路(1),压控 LED并联串联变换开关控制电路(2),压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3),驱 动电路外接的一定数量组数的LED发光管组成的光源电路(4),压控负温度系数可变的 电流开关控制电路(3)串联连接于桥式整流电路(1)的输出端,其特征是:在外接光源电 路(4)中每两组LED发光管之间串联有二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电 路⑵输入端连接桥式整流电路的输出端,压控LED并联串联变换开关控制电路(2)的 输出端控制连接光源电路(4)中的各组LED发光管,所述的压控LED并联串联变换开关 控制电路(2),将桥式整流电路(1)输出电压根据外接LED的数量和组数划分为不同的区 域,根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式。
2.根据权利要求1所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,其特征是: 外接光源电路(4)包括A、B、C三组LED发光二极管,相邻两组LED发光二极管之间 各串联一个二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有2个NPN型 电子开关和2个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极连接在A组 LED发光二极管和第一个二极管(D2)的连接节点处,第二个NPN型电子开关(N2)的漏 极连接在B组LED发光二极管和第二个二极管(D3)的连接节点处,两个NPN型电子开 关的源极连接电流开关控制电路中电流调节器(N4)的输入端和整个光源电路负极的连接 点处,两个NPN型电子开关分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第 二个比较器(B2)、第三个比较器(B3)的输出端,压控LED并联串联变换开关控制电路 (2)中第一个PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光二极管两等分的中间点 的二极管的负极,其漏极与第一组LED发光二极管的输入端连接,栅极连接第一个NPN 型电子开关(Ni)的漏极,第二个PNP型电子开关(P2)的源极连接在C组LED发光二 极管正极与第二个二极管(D3)负极的连接点,第二个PNP型电子开关(P2)的漏极连接 LED发光二极管组的电源正极输入端,第二个PNP型电子开关(P2)的栅极连接一个NPN 型控制三集管(Ql)的集电极,所述控制三集管(Ql)的发射极接地,其控制基极连接第 一个电压比较器(Bi)的输出端。
3.根据权利要求1所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,其特征是: 外接光源电路(4)包括A、B、C三组LED发光二极管,相邻两组LED发光二极管之间 各串联一个二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有2个NPN型 电子开关和1个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开关的漏极连接在A组LED发 光二极管和第一个二极管的连接节点处,第二个NPN型电子开关的漏极连接在B组LED 发光二极管和第二个二极管的连接节点处,两个NPN型电子开关的源极与压控负温度系 数可变的电流开关控制电路⑶中电流调节器(N4)的漏极相连,两个NPN型电子开关的 栅极分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个比较器(Bi)和第二 个比较器(B2)的输出端,所述PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两 等分的中间点的二极管的负极,其漏极连接LED发光二极管组的电源输入端,其栅极通 过电阻耦合连接第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极。
4.根据权利要求1所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,其特征是: 外接光源电路(4)包括A、B、C、D四组LED发光二极管,相邻两组LED发光二极管之 间各串联一个二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有3个NPN型电子开关和3个PNP型电子开关,其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极通过二极 管连接在A组LED发光二极管和第一个二极管(D2)的连接节点处,此节点通过一反相二 极管(D7)与C组LED发光管的负极端相连,第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过 二极管连接在B组LED发光二极管和第二个二极管(D3)的连接节点处,第三个NPN型 电子开关(N3)的漏极连接在C组LED发光二极管和第三个二极管(D3)的连接节点处, 三个NPN型电子开关的源极与LED发光管组负极端和压控负温度系数可变的电流开关控 制电路⑶中电流调节器(N4)的漏极相连,三个NPN型电子开关的栅极分别受控连接压 控LED并联串联变换开关控制电路(2)中各比较器(Bi、B2、B3),压控LED并联串联 变换开关控制电路(2)中第一个PNP型电子开关(Pl)的漏极连接在将所有LED发光管两 等分的中间点的二极管(D2)的负极,第二个PNP型电子开关(P2)的漏极直接或通过二 极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个二极管(Dp D3)的负极,第一个、第 二个PNP型电子开关的源极与A组LED发光管的正极输入端连接后与全桥的正输出端相 连,第三个PNP型电子开关(P3)的漏极连接在D组LED发光管与第三个二极管(D3)负 极的连接点,其源极连接C组LED发光管与第二个二极管(D2)负极的连接点,三个PNP 型电子开关的栅极分别通过耦合电阻连接第二个NPN型电子开关、第一个NPN型电子开 关、第三个NPN型电子开关的漏极。
5.根据权利要求1所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,其特征是: 外接光源电路⑷包括A、B、C、D四组LED发光二极管,所述LED分段点亮控制开 关电路(2)对应设有3个NPN型电子开关和2个PNP型电子开关,其中第一个NPN型 电子开(Ni)的漏极通过二极管连接在A组LED发光二极管和第一个二极管(D1)的连接 节点处,此节点通过一反相二极管与C组LED发光管的负极端相连,第二个NPN型电子 开关(N2)的漏极通过二极管连接在B组LED发光二极管和第二个二极管(D2)的连接节 点处,第三个NPN型电子开关(N3)的漏极连接在C组LED发光二极管和第三个二极管 的连接节点处,三个NPN型电子开关的源极与LED发光管组的负极和压控负温度系数可 变的电流开关控制电路(3)中电流调节器(N4)的漏极相连,其栅极分别连接三个比较器 的输出端,第一个PNP型电子开关(Pl)的漏极连接在将所有LED发光管两等分的中间 点的第二个二极管的负极,第二个PNP型电子开关的漏极直接或通过二极管连接在将所 有LED发光管四等分的另外两个二极管(Dp D3)的负极,二个PNP型电子开关的源极 与A组LED发光管的正极输入端连接后与全桥的正输出端相连,二个PNP型电子开关分 别受控连接第一个和第二个比较器,两个PNP型电子开关的栅极分别通过耦合电阻连接 第二个NPN型电子开关、第一个NPN型电子开关的漏极。
6.根据权利要求2〜5任一项所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路, 其特征是:在外接光源电路(4)中每两组LED发光管之间串联的二极管内接于驱动电路 内部,或者和LED发光管组串联外接于驱动电路外部;所述电压比较器采用集成电路运 算放大器,各个比较器的正、反相输入端通过匹配分压电路分别连接一个基准电压和取 样电压输入信号;所述电压比较器或者采用分立元件组成。
7.根据权利要求6所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,其特征是: 所述压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3),包括负温度系数的热敏电阻RT、电 压比较器(B4)及由其控制的电流调节器即一个NPN型电子开关(N4)、负温度系数的热敏电阻RT —端与控制电源的负极相连,另一端通过一个电阻(R6)连接控制电源的正极, 热敏电阻RT和电阻(R6)的接点通过一个反相二极管(D4)接入电压比较器(B4)正相输入 端,电压比较器(B4)正相输入端一路通过电阻(R12)与控制电源的正极相连,二路通过 一电阻(R11)与控制电源的负极相连,三路通过一电阻(Rltl)与第二比较器输出端相连, 所述电压比较器(B4)的反相输入端一路通过一电阻(R13)与电流检测电阻(R14)及电流 调节器(N4)的漏极连接点相连,另一路通过一限流电阻(R15)和一稳压二极管(DW2)与 LED发光二极管组负极输出端和电流调节器的连接节点相连,所述电压比较器(B4)的输 出端控制连接电流调节器的栅极。
8.根据权利要求1所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路,其特征是: 由N组串联的LED发光二极管与N-I个二极管间隔串联组成光源电路(4),每相邻的两 组LED发光二极管之间串联一个二极管,所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2) 对应设有小于N个的NPN电子开关和3个、2个或1个PNP型电子开关,其中第一个NPN 型电子开关(Ni)的漏极通过二极管连接在第一组LED发光二极管和第一个二极管的连接 节点处,第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在第二组LED发光二极管 和第二个二极管的连接节点处…,以此类推,第N-I个NPN型电子开关(Nn-I)的漏极 连接在第N组LED发光二极管和第N-I个二极管的连接节点处,所有NPN型电子开关 的源极与压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节器的源极相连,所有NPN型电子开关的栅极分别连接第一个、第二个.....第N-I个比较器(Bi、B2.....Bn-D的输出端,第一个PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两等分的 中间点的二极管的负极,第二个PNP型电子开关(P2)的源极直接或通过二极管连接在将 所有LED发光管四等分的另外两个分节点的二极管的负极,第一个、第二个PNP型电子 开关的源极与第一组LED发光管的输入端连接后与全桥的正输出端相连,第三个PNP型 电子开关(P3)的漏极连接在将所有LED发光管四等分的第四个接点处的LED发光二极 管组的正极输入处,其源极连接在将所有LED发光管四等分的第三个接点处的LED发光 二极管的正极输入处,三个PNP型电子开关的栅极分别受控连接各比较器,所有各比较 器的正、反相输入端分别连接一个基准电压和取样电压输入信号;其中,N为大于1自然 数。
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